facebook-icon twitter-icon nk-icon youtube-icon

Prawo Hesssa

Do tej pory analizowaliśmy przykłady bardziej fizyczne, np. sprężaliśmy jakichś gaz albo rozprężaliśmy i zastanawialiśmy się jak to wpłynie na energię wewnętrzną albo entalpię reakcji. Czas pójść o krok dalej.

Tym razem przeanalizujemy sytuację, w której w układzie zachodzi reakcja chemiczna i na skutek tej reakcji będzie zmieniała się energia wewnętrzna i entalpia. W zadaniach z prawa Hessa wykorzystuje się entalpie standardowe, czyli wartości entalpii w temperaturze 298K.

Zgodnie z tym prawem ciepło reakcji w warunkach izobarycznych i izochorycznych nie zależy od drogi przemiany a jedynie od stanu początkowego i końcowego. Prawo Hessa wynika wprost z prawa zachowania energii.  

Żeby swobodnie korzystać z prawa Hessa musisz znać kilka reguł:

- Standardowa entalpia tworzenia: jest to wartość entalpii tworzenia 1 mola produktu z pierwiastków w temperaturze 25oC

- Standardowa entalpia spalania: w wyniku tej reakcji otrzymuje się 1 mol substancji spalanej

1. prawo hessa

Zgodnie z prawem Hessa entalpia reakcji nie zależy od drogi przemiany, a skoro tak, to znaczy, że nie ma znaczenia czy my obliczymy entalpię tworzenia CO2 idąc po czerwonych strzałkach realizując pośrednie procesy, czy po strzałkach zielonych. Efekt energetyczny będzie taki sam, bo jak już napisałem zgodnie z prawem Hessa i zgodnie z prawem zachowania energii entalpia reakcji nie zależy od drogi przemiany. Korzystając z prawa Hessa i powyższego diagramu można napisać następujące reakcje:

ΔH twoCO2 = ΔH twoCO + ΔHsp oCO

ΔH twoCO = ΔH twoCO2 - ΔH twoCO

Dokładnie taki sam ciąg myślowy jest gdy zastosujemy wzór na zmianę entalpii reakcji chemicznej:

2. entalpia rekacji

Zgodnie z powyższym równaniem wynika, że gdybyśmy np. chcieli obliczyć entalpię spalania tlenku węgla II to musielibyśmy od entalpii tworzenia dwutlenku węgla (bo to jest produkt spalania tlenku węgla II) odjąć entalpię tworzenia substratów, a substratem jest CO i O2 (reakcja poniżej).

3. entalpia spalania tlenku węgla

Warto się tutaj posłużyć przykładem, by dobrze zrozumieć o co chodzi w tym prawie. Rozważmy entalpię poniższej reakcji:

5. reakcja dla prawa Hessa

Zgodnie z prawem Hessa entalpię danej reakcji w określonej temperaturze można obliczyć znając entalpie innych reakcji (warunek jest jeden, że wartości tych entalpii są podane w tych samych temperaturach). Entalpia jest funkcją stanu, a to oznacza, że efekt energetyczny nie zależy od drogi. Skoro nie zależy od drogi to równie dobrze po drodze można przeprowadzić mnóstwo innych reakcji aż ostatecznie otrzyma się tę powyżej. Całkowity efekt energetyczny tych wszystkich reakcji po drodze da efekt energetyczny reakcji powyżej. Ostatecznie prawo Hessa sprowadza się do tego, że wystarczy znaleźć takie reakcje, które zawierają cząsteczki jak w tej głównej, w zielonej ramce. Krótko mówiąc, żeby obliczyć entalpię reakcji z zielonej ramki to trzeba znaleźć reakcję, w której będzie propen, tlen, dwutlenek węgla oraz woda.   Ja wiem, że na razie brzmi to dosyć zawile, ale jak zrobimy jakichś przykład to wszystko się wyjaśni.

Ja sobie wybrałem 3 jakieś tam dowolne reakcje ( odczytałem je z tablic).

 6. reakcje

Pierwsza reakcja dostarcza nam propen. Druga reakcja dostarcza tlen, dwutlenek węgla i wodę. Oprócz tego przyda się również reakcja rozkładu wody. Na końcu tak przekształcimy te trzy reakcje, że otrzymamy reakcję taką jak w zielonej ramce. Następnie patrzymy czy wszystkie elementy są po poprawnej stronie reakcji.

W reakcji w zielonej ramce propen jest po lewej stronie i jest tam tylko 1 mol tej substancji. W zaproponowanych przeze mnie reakcjach propen również jest po lewej stronie równania oraz jest tam 1 mol. Tak więc z pierwszą reakcją nic nie robimy. Gdyby na przykład w pierwszej reakcji propen był po prawej stronie reakcji to z tego powodu trzeba by było obrócić reakcję a entalpie wymnożyć  przez -1.

Ta druga reakcja wnosi 3 mole CO2 dokładnie tyle samo co w reakcji z zielonej ramki. Na razie nie patrzę na tę ostatnią reakcję. Ją użyjemy na samym końcu.

7. reakcje 

Teraz zsumujemy pierwszą i drugą reakcję. To sumowanie polega na tym, że dodajemy do siebie wszystko to co mamy po lewych stronach reakcji i osobno to co mamy po prawych stronach reakcji.

8. reakcje

Następnie patrzymy czy nie da się czegoś skrócić:

9. reakcje po skróceniu_1

Po skróceniu otrzymaliśmy reakcję, która jest bardzo podobna do tej pierwszej z zielonej ramki. Problem w tym, że po lewej stornie nie powinno być wodoru, tlenu też jest nie odpowiednia ilość. Wody powinno być 3 mole, a tutaj nam wychodzi że są 4 mole. Z tego powodu trzeba uruchomić reakcję z wodą. Jak ją dodamy to finalnie otrzymamy dokładnie to co mieliśmy na samym początku w zielonej ramce.

10

Po skróceniu otrzymałem dokładnie tę samą reakcję co  z zielonej ramki.

Więcej na ten temat dowiesz się w moim kursie z chemii fizycznej 1b

 


Powiązane wpisy:


Kategoria: CHEMIA FIZYCZNA

Dodaj komentarz

Brak komentarzy do tego wpisu.